KR101553025B1 - 엔코더 - Google Patents

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쇼지 사카모토
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한화테크윈 주식회사
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Abstract

본 발명은, 광원부와, 상기 광원부의 광축에 교차되는 이동 방향을 따라서 상대 이동 가능하게 설치되고, 상기 이동 방향을 따라서 개구폭 및 차광폭이 동일한 슬릿 패턴으로 이루어진 주기적인 광투과부를 가진 스케일 부재와, 상기 광원부에 대향하는 위치에, 상기 이동 방향을 따라서 상기 개구폭 이하의 수광폭을 가진 2개의 수광 소자들을 구비한 수광부를 포함하며, 상기 수광 소자의 각각의 수광 중심은, 상기 이동 방향으로 상기 개구폭의 반 정도의 거리만큼 어긋나게 배치되며, 상기 수광 소자의 각각의 수광 영역은 상기 이동 방향을 따라서 틈이 없는 상태에서 상기 이동 방향에 직교하는 방향으로 병렬 배치되는 엔코더를 제공한다.
엔코더, 포토인터럽터

Description

엔코더{Encoder}
본 발명은 엔코더에 관한 것이다. 예를 들면 비디오 카메라, 디지털 스틸 카메라(DSC), 휴대전화 등에 탑재되는 촬상 장치의 초점 조정 기구나 줌 이동 기구 혹은 리니어 액추에이터 등에 적합하게 사용할 수 있는 광학식 엔코더에 관한 것이다.
종래, 촬상 장치의 초점 조정 기구나 줌 이동 기구 혹은 리니어 액추에이터 등 고분해능으로 위치를 검출하는 리니어 엔코더에는, 일정 피치로 다극 착자(着磁)된 자석에 대향시켜 자기 센서를 배치한 자기식 엔코더가 사용되는 경우가 많았다.
예를 들면, 일본특허공개공보 제2006-162411호에는 자기 센서로서 자기 저항 소자(MR소자)를 사용한 위치 검출 장치가 개시되어 있다. 이 위치 검출 장치에서는 MR소자와 자석이 상대 이동하면 MR소자로부터 서로 위상이 90° 어긋난 정현파형의 A상 신호 및 B상 신호가 출력되고, 이들 A상 신호, B상 신호, 그리고 A상 신호, B상 신호의 진폭을 각각 반전시킨 신호로 이루어진 4개의 신호로부터 대략 삼각파형의 신호를 생성하여 위치 검출에 사용하였다.
또 한편 종래 기술로서, 광학식 엔코더에서 광원에 대향시켜 여러 개의 수광 소자를 이격하여 배치하고, 광원과 수광 소자 사이에 주기적인 광투과부를 가진 슬릿을 가진 스케일을 이동 가능하게 설치함으로써, 여러 개의 수광 소자에서 생성되는 위상차를 가진 펄스 신호에 의해 위치를 검출하였다(예를 들면, 일본특허공개공보 2007-93332호 및 일본특허공개공보 2001-183177호 참조).
그러나 상기와 같은 종래의 엔코더에는 이하와 같은 문제가 있다.
일본특허공개공보 제2006-162411호에 기재된 기술에서는 MR소자의 감도가 자석과의 거리에 민감하기 때문에 자석과 MR소자의 거리가 변화되면 신호 출력이 크게 변화되어 양호한 위치 검출 정밀도를 얻을 수 없게 된다. 따라서 MR소자와 자석간의 간격을 정확하게 관리할 필요가 있기 때문에 제조에 많은 노력 및 공수가 필요하여 제조비용이 증대된다는 문제가 있다. 또 MR소자나 자석은, 예를 들면 광학식 센서나 광학식 센서의 광을 차단하는 차광부재 등에 비해 값이 비싸기 때문에 부품 비용도 증대된다는 문제가 있다.
또한, 일본특허공개공보 2007-93332호 및 일본특허공개공보 2001-183177호에 기재된 기술에서는 광학식 센서를 사용하기 때문에 저렴한 구성으로 할 수 있지만, 위치 검출 분해능이 신호의 펄스폭으로 결정되기 때문에 자기 센서를 사용하는 경우에 비해 위치 검출 분해능이 낮아진다는 문제가 있다.
본 발명은, 광학식 센서를 사용한 간소한 구성으로도 고분해능을 가진 위치 검출이 가능한 엔코더를 제공하는 것을 주된 과제로 한다.
본 발명은, 광원부;와, 상기 광원부의 광축에 교차되는 이동 방향을 따라서 상대 이동 가능하게 설치되고, 상기 이동 방향을 따라서 개구폭 및 차광폭이 동일한 슬릿 패턴으로 이루어진 주기적인 광투과부를 가진 스케일 부재;와, 상기 광원부에 대향하는 위치에, 상기 이동 방향을 따라서 상기 개구폭 이하의 수광폭을 가진 2개의 수광 소자들을 구비한 수광부;를 포함하며, 상기 수광 소자의 각각의 수광 중심은, 상기 이동 방향으로 상기 개구폭의 반 정도의 거리만큼 어긋나게 배치되며, 상기 수광 소자의 각각의 수광 영역은 상기 이동 방향을 따라서 틈이 없는 상태에서 상기 이동 방향에 직교하는 방향으로 병렬 배치되는 엔코더를 제공한다.
이 발명에 의하면, 광원부에 대해 스케일 부재가 이동 방향으로 이동하면 광원부에 대향하는 위치에 배치된 2개의 수광 소자에 의해 스케일 부재의 광투과부를 투과한 광이 수광되어 각각의 수광 소자에 광량에 따른 출력값이 발생한다. 각각 상대 이동 위치와 출력값의 관계는 주기적인 사다리꼴형 또는 삼각파형의 파형으로 표현되고, 이러한 파형의 위상은 스케일 부재의 개구폭의 반 정도 어긋나게 된다.
또 각 수광 소자의 이동 방향에 따른 수광폭은, 각각 스케일 부재의 광투과부의 개구폭 이하의 수광 영역이 이동 방향을 따라서 틈이 없는 상태로 병렬 배치 되어 있기 때문에, 스케일 부재의 개구단이 각 수광 소자상을 이동했을 때 각각의 수광 소자 중 어느 하나는 스케일 부재의 상대 이동 거리와 수광 소자의 출력값이 선형으로 변화되는 영역을 가진다.
따라서 2개의 수광 소자 중 어느 한 출력값이 선형으로 변화되는 범위에서 슬릿 부재와 수광 소자간의 상대 위치 관계를 고정밀도로 산출할 수 있게 된다.
또한, 본 발명은, 광원부;와, 상기 광원부의 광축에 교차되는 이동 방향을 따라서 상대 이동 가능하게 설치되고 상기 이동 방향을 따라서 모든 진폭(h)이 피치(wt)에서 산모양으로 변화되는 차광부와, 그 사이에 형성되는 광투과부를 가진 스케일 부재;와, 상기 광원부에 대향하는 위치에, 상기 이동 방향에 따른 폭이 a, 상기 이동 방향에 직교하는 폭이 b가 되는 직사각형의 수광 영역을 가진 2개의 수광 소자들을 구비한 수광부;를 포함하며, 상기 수광 소자들의 각각의 수광 중심은, 상기 차광부의 산모양 진폭(차광부의 형상 그래프의 진폭)의 중심선상에 상기 이동 방향을 따라서 배열 피치(p)(단, p>a)만큼 어긋나게 배치되며, 상기 차광부의 진폭(h), 피치(wt), 상기 각 수광 소자의 폭(a)(b), 배열 피치(p) 사이에 다음의 수학식 「p=wt/4」 및 수학식 「h<2ㆍpㆍb/(p-a)」을 만족하는 엔코더를 제공한다.
이 발명에 의하면, 광원부에 대해 스케일 부재가 이동 방향으로 이동하면, 광원부에 대향하는 위치에 배치된 2개의 수광 소자에 의해 스케일 부재의 광투과부를 투과한 광이 수광되어 각각의 수광 소자에 광량에 따른 출력값이 발생한다. 각각의 상대 이동 위치와 출력값의 관계는, 차광부의 피치(wt)에 대응하는 상대 이동 량에 대응하여 출력값이 최대값에서 최소값을 거쳐 최대값으로 되돌아오고, 최대값과 최소값 사이에서 상대 이동량에 대한 출력값이 완만한 S자형으로 단조롭게 변화되는, 전체적으로 대략 정현파형 혹은 모서리가 매끄럽게 변화되는 사다리꼴 파형의 파형으로 표현되며 이들 파형은 수광 소자의 배열 피치(p)만큼 어긋나게 된다.
또 상기 수학식「p=wt/4」 및 수학식 「h<2ㆍpㆍb/(p-a)」가 성립하기 때문에 스케일 부재가 각 수광 소자상을 이동했을 때 각각의 수광 소자 중 어느 하나는 스케일 부재의 이동량과 수광 소자의 출력값이 근사적으로 선형으로 간주될 수 있는 단조로운 S자형으로 변화되는 영역을 가진다.
따라서 2개의 수광 소자 중 어느 한 출력 변화로부터 수광 소자의 배열 피치(p) 사이를 세분하여 슬릿 부재와 수광 소자의 위치 관계를 근사적으로 산출할 수 있게 된다.
본 발명의 엔코더에 의하면, 스케일 부재가 상대 이동됨으로써, 2개의 수광 소자에서 발생되는 각 출력값의 변화 중 어느 하나는 스케일 부재의 상대 이동량에 대해 선형 또는 근사적으로 선형으로 변화되기 때문에, 광학식 센서를 사용한 간소한 구성으로도 고분해능을 가진 위치 검출을 수행할 수 있다는 효과를 나타낸다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 모든 도면에서 실시예가 다른 경우라 해도 동일 또는 상당하는 부 재에는 동일 부호를 사용하여 중복 설명을 생략한다.
[제1 실시예]
본 발명의 제1 실시예에 관한 엔코더에 대해서 설명하기로 한다.
도 1a는 본 발명의 제1 실시예에 관한 엔코더의 개략 구성을 도시한 사시도이다. 도 1b는, 도 1a를 X 방향에서 본 정면도이다. 도 2는, 본 발명의 제1 실시예에 관한 엔코더에 적용되는 포토인터럽터(photo-interrupter)의 개략적인 사시도이다.
도 3a와 도 3b는, 각각 본 발명의 제1 실시예에 사용되는 포토인터럽터의 광원부 및 수광부의 배치를 도시한 배치도이다. 도 4는, 도 1a의 Y-Y선을 따라 자른 단면도이다. 도 5a 및 도 5b는, 스케일 부재의 이동 위치와 수광 소자의 출력값의 관계를 설명하기 위한 원리 설명도 및 그 관계의 그래프이다. 도 6은, 본 발명의 제1 실시예의 엔코더의 스케일 부재의 상대 이동 위치에 대한 수광 소자의 출력값의 일례를 도시한 그래프이다. 여기서, 횡축은 상대 이동 위치, 종축은 출력을 나타낸다(이하의 그래프도 동일함).
도 1a 및 도 1b에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 엔코더(3)는 예를 들면, 비디오 카메라, DSC, 휴대전화 등에 탑재된 촬상 장치의 초점 조정 기구나 줌 이동 기구 등의 렌즈 기구에 적합하게 사용할 수 있는 광학식 리니어 엔코더이다.
이하에서는 일례로서 렌즈 유닛(6)을 렌즈(6a)의 광축 방향과 동일한 방향인 이동 방향(M)을 따라 이동시키는 렌즈 이동 기구에 사용한 경우의 예로 설명한다.
이 렌즈 이동 기구는, 렌즈 유닛(6)을 중심으로 지지하는 원판형 렌즈 지지 부(5)와, 렌즈 지지부(5)의 외주부에 이동 방향(M)을 따라 연장 설치된 로드(rod) 가이드 부재(4)와, 이동 방향(M)을 따라서 평행하게 연장하여 배치된 둥근 봉형의 2개의 가이드 로드(guide rod)(8a)(8b)와, 렌즈 지지부(5)를 이동 방향(M)으로 이동시키기 위한 구동 수단(미도시)을 구비한다. 여기서, 구동 수단은, 예를 들면 보이스 코일 모터(VCM) 및 그 구동 제어 회로로 이루어질 수 있다.
로드 가이드 부재(4)의 이동 방향(M) 쪽의 양단부에는 가이드 로드(8a)를 슬라이딩 가능하게 삽입 통과시키는 가이드공(4a)이 각각 설치되어 있다.
또 렌즈 지지부(5)의 외주부에서 로드 가이드 부재(4)의 설치 위치에 대한 직경 방향의 반대쪽에는 가이드 로드(8b)를 삽입 통과시키는 가이드 홈(또는 구멍)(5a)이 설치되어 있다.
아울러 본 실시예의 렌즈 지지부(5) 및 로드 가이드 부재(4)는 차광성(遮光性)을 가진 합성수지 재료를 사용하여, 일체 성형으로 제작되었다.
엔코더(3)의 개략적인 구성은 포토인터럽터(2)와 스케일 부재(1)로 이루어진다.
포토인터럽터(2)는, 도 2에 도시한 바와 같이 단면이 직사각형인 관통홈(2d)이 중심에 형성된 문(門)형상의 하우징(2c)과, 대향하는 하우징(2c)의 각각 측면에 수광측 기판(2b) 및 발광측 기판(2a)이 설치되어 있다. 여기서, 수광측 기판(2b)는 수광부의 일례이다.
포토인터럽터(2)는 로드 가이드 부재(4)의 한쪽(도 1b의 위쪽)에 위치하도록 렌즈 이동 기구의 미도시된 케이스 또는 지지부재에 고정되어 있다. 포토인터럽 터(2)의 자세는, 도 1a에 도시한 바와 같이 관통홈(2d)의 홈 길이방향(L)이 렌즈 이동 기구의 이동 방향(M)과 일치하여 관통홈(2d)의 홈 폭방향(W)이 이동 방향(M)과 직교하는 자세로 되어 있다.
도 3a에 도시한 바와 같이, 발광측 기판(2a)에는 홈 길이방향(L)의 중앙 및 홈 깊이방향(D)에서 관통홈(2d)의 개구 근처(도 3a의 아래쪽)의 위치에 광원부(2C)가 설치되어 있는데, 광원부(2C)는, 수광측 기판(2b)을 향한 홈 폭방향(W)으로 조도 분포가 거의 균일한 평행광을 홈 길이방향(L)으로 긴 직사각형 영역에 투사한다. 즉, 광원부(2C)의 광축은 이동 방향(M)에 직교하는 방향으로 향해 있다.
광원부(2C)의 구성으로서는, 예를 들면 LED, 집광 렌즈 및 차광판의 조합으로 이루어진 구성 등을 채용할 수 있다.
도 3b에 도시한 바와 같이, 수광측 기판(2b)에는 홈 길이방향(L)의 중앙 및 홈 깊이방향(D)에서 관통홈(2d)의 개구 근처(도 3b의 아래쪽)의 위치에 수광 소자(2A)(2B)가 설치되는데, 수광 소자(2A)(2B)는, 발광측 기판(2a)의 광원부(2C)에 의한 평행광이 조사되는 영역에 홈 길이방향(L)을 따라서 광원부(2C)로부터 나온 광을 수광한다.
수광 소자(2A)는, 수광량에 따른 전압 변화를 출력하기 위해 홈 길이방향(L) 방향의 폭이 a, 홈 깊이방향(D) 방향의 폭이 b인 직사각형 수광면(수광 영역)을 가진 포토 센서이다. 이하에서는 수광 소자(2A)의 출력을 A상 출력이라고 칭한다.
수광 소자(2B)는 수광량에 따른 전압 변화를 출력하기 위해 수광 소자(2A)와 마찬가지로 홈 길이방향(L) 방향의 폭이 a, 홈 깊이방향(D) 방향의 폭이 b인 직사 각형의 수광면을 가진 포토 센서로 이루어진다. 이하에서는 수광 소자(2B)의 출력을 B상 출력이라고 칭한다.
수광 소자(2A)(2B)의 각 수광면은, 각 수광면의 수광 중심(OA)(OB)이 홈 길이방향(L)에 따른 선상에 피치(p)(단, p>a)만큼 이격되어 배치되어 있다.
스케일 부재(1)는, 도 1a와 도 1b에 도시한 바와 같이, 이등변 삼각형의 산모양의 반복 패턴을 가진 단면(1a)이 렌즈 유닛(6)의 이동 가능 범위보다도 긴 범위에 걸쳐 연장되어 형성된 세장(細長) 형상의 차광판이다.
본 실시예의 스케일 부재(1)는 포토인터럽터(2)의 관통홈(2d)의 홈 안쪽에서 이동 방향(M)을 따라 이동 가능하도록 로드 가이드 부재(4)의 측면에 고정되어 있다. 본 실시예에서는 일례로서 관통홈(2d)의 홈 폭방향(W)의 중심면 및 스케일 부재(1)의 판 두께 중심면이, 로드 가이드 부재(4)의 각 가이드공(4a)의 중심축을 포함하도록 정렬하여 배치되어 있다.
이로써 스케일 부재(1)의 단면(1a)은, 관통홈(2d)의 홈 바닥으로부터의 높이가 이동 방향(M)을 따라서 규칙적인 산모양으로 변화되는 차광판으로 되어 있으며, 스케일 부재(1)의 단면(1a)과 관통홈(2d)의 홈 바닥 사이에는 스케일 부재(1)의 단면(1a) 형상을 반전시킨 뒤집은 산모양의 광투과부(1b)가 위치하게 된다.
스케일 부재(1)의 재질은 포토인터럽터(2)의 광원부(2C)에서 조사되는 광을 차광할 수 있는 적절한 재질을 채용할 수 있다. 본 실시예의 스케일 부재(1)는 로드 가이드 부재(4)의 일부로서 동일 재질의 수지로 일체 성형함으로써 부품 수, 부 품 비용을 줄였다.
다음으로, 스케일 부재(1)의 상세한 형상, 배치에 대해서 도 4를 사용하여 설명하기로 한다.
본 실시예의 스케일 부재(1)의 단면(1a)은 저변(wt), 높이(h)의 이등변 삼각형이 피치 wt로 규칙적으로(주기적으로) 배치된 산모양으로 되어 있다. 즉, 단면(1a)은 모든 진폭이 h(한쪽 진폭(h/2)), 피치가 wt인 주기적인 삼각파 형상을 가지고 있다. 이 산모양의 높이 방향의 중심은, 수광측 기판(2b)상의 수광 소자(2A)(2B)의 수광면 중심(OA)(OB)을 연결하는 직선(N)과 높이 방향(포토인터럽터(2)의 홈 깊이방향(D))에서 정렬되어 있다.
그리고 본 실시예의 피치(wt)는 수광 소자(2A)(2B)의 배열 피치(p)와 다음과 같은 수학식 식 1을 만족시키고, 수광 소자(2A)(2B)의 폭 a, b, 배열 피치 p와 스케일 부재(1)의 진폭(h)은 다음의 수학식 2의 관계를 만족시킨다. 특히 본 실시예에서는 스케일 부재(1)의 모든 진폭(h)이 다음의 수학식 2의 관계를 만족시킨다
Figure 112009022842067-pat00001
Figure 112009022842067-pat00002
이로써 광원부(2C)에서 광이 조사되면, 광투과부(1b)를 투과한 광이 수광 소 자(2A)(2B)에 도달하여 각각의 수광량에 비례한 A상 출력, B상 출력이 출력된다.
여기에서 수학식 2의 조건이 가진 의미에 대해서 설명하기로 한다.
스케일 부재(1)의 이동량에 대한 A상 출력, B상 출력은, 스케일 부재(1)의 주기적인 산모양에 의해 출력값이 최대값에서 최소값을 거쳐 최대값으로 되돌아오고 최대값과 최소값 사이에서 상대 이동량에 대한 출력값이 완만한 S자형으로 단조롭게 변화되는, 전체적으로 대략 정현파형 혹은 모서리가 매끄럽게 변화되는 사다리꼴 파형의 파형으로 표현되며, 이들 파형은 수광 소자의 배열 피치(p)만큼 어긋나게 된다.
여기에서 최대 출력값과 최소 출력값 사이에서 단조롭게 변화되는 부분(이하, "단조 부분"이라 함)은 선형인 경우에는 출력값이 이동 위치를 나타내게 되고, 선형이 아닌 경우에는 출력값이 이동 위치의 근사치가 되기 때문에 wt/2 이하의 거리의 이동 위치의 검출에 기여할 수 있는 부분이다.
반면, 사다리꼴 파형의 파형의 경우와 같이 스케일 부재(1)가 이동해도 최대 출력값 또는 최소 출력값이 변화되지 않는 부분(이하, "평탄 부분"이라 함)을 갖는 경우, 이 평탄 부분은 이동 위치의 검출에 기여할 수 없는 부분이다.
따라서 A상 출력, B상 출력을 스케일 부재(1)의 이동 위치의 검출에 이용할 수 있도록 하려면, 스케일 부재(1)의 이동량과 출력값의 관계가 평탄 부분을 가진 경우에, A상 출력, B상 출력의 평탄 부분이 겹치지 않아야 한다.
이동량과 출력값의 관계에 평탄 부분이 발생하는 것은, 수광 소자(2A)(2B)의 수광면이 상대적으로 적어지는 경우이다. 이와 같은 경우, 스케일 부재(1)와 수광 소자(2A)의 관계는, 도 5a에 도시한 관계에 있다.
스케일 부재(1)의 단면(1a)이 수광 소자(2A)로부터 떨어진 위치(X0)에서 도면의 오른쪽에서 왼쪽을 향해 이동하면, 단면(1a)이 수광 소자(2A)를 비스듬하게 덮어 차광한다. 단면(1a)이 수광 소자(2A)의 외형의 4개의 꼭지점을 차례대로 통과하는 위치를 위치(X1,X2,X3,X4)로 나타낸다. 여기에서 X3-X1=a이다
도 5b에 곡선(100)으로 도시한 바와 같이 위치(X0)에서 (X1)까지는 수광 소자(2A)는 차광되지 않기 때문에 출력값은 최대값(Y0)이 된다.
위치(X1)에서 (X2)까지는 단면(1a)이 수광 소자(2A)의 모서리를 형성하는 두 변을 횡단하여 차광하기 때문에 차광 면적이 이동량의 제곱에 비례하여 증대되므로 출력값은 Y0에서 Y2까지 감소율을 증대시키면서 서서히 단조 감소된다.
위치(X2)에서 (X3)까지는 단면(1a)이 수광 소자(2A)의 폭(a)의 평행한 두 변을 횡단하여 차광하기 때문에 차광 면적이 이동량에 비례하여 증대되므로 출력값은 Y2에서 Y3까지 직선을 그려 단조 감소된다.
위치(X3)에서 (X4)까지는 단면(1a)이 수광 소자(2A)의 모서리를 형성하는 두 변을 횡단하여 차광하기 때문에 위치(X1)부터 (X2)까지의 감소 경향과 반대로 출력값은 Y3부터 감소율을 서서히 감소시키면서 0이 될 때까지 단조 감소된다.
이와 같이 위치(X1)에서 (X4)까지의 변화는 단조 부분을 구성하고 있으며 위치(X0)에서 (X1)까지의 변화는 평탄 부분의 일부를 구성하고 있다. 이상이 반복됨으로써 곡선(101)은 단조 부분과 평탄 부분이 교체되어 전체적으로 모서리가 매끄럽게 변화되는 사다리꼴 파형의 파형이 그려진다.
또 수광 소자(2B)에서는 도 5b의 곡선(100)과 이동량이 배열 피치(p)만큼 어긋났을 뿐 같은 파형을 가진 곡선(101)과 같은 변화를 나타낸다.
여기에서 A상 출력, B상 출력의 평탄 부분이 겹치지 않는 조건은, 도 5b에서의 곡선(100)과 곡선(101)이 교차점(Q1),(Q2)과 같이 서로 단조 부분에서 교차되는 것을 의미한다. 즉, 다음의 수학식 3이 성립될 필요가 있다.
도 5a에 도시한 바와 같이 단면(1a)의 산모양의 꼭지각을 2θ로 하면, 다음의 수학식 4 및 수학식 5가 성립된다. 그래서 수학식 4 및 수학식 5를 사용하여 상기 수학식 3을 변형하면 상기 수학식 2를 얻을 수 있다.
Figure 112009022842067-pat00003
Figure 112009022842067-pat00004
Figure 112009022842067-pat00005
다음으로 평탄부가 없는 경우의 상대 이동 위치와 출력값의 관계의 예를 도 6에 도시한다.
본 예는, 도 4에 도시한 위치 관계에서 스케일 부재(1)를 이동 방향(M)에 따라 수광 소자(2A)에서 수광 소자(2B)를 향하는 방향(M1 방향)(도 5의 화살표 방향)으로 거리(wt)만큼 이동시켰을 때의 것이다.
여기에서 a=0.5·p, b=0.5·p, h=0.909·p이다. 이러한 치수 관계는 상기 수학식 2를 만족한다.
A상 출력을 나타내는 곡선(110)의 출력값은, 상대 이동 위치 0에서 최대 광량에 대응하여 I0이 되고, 상대 이동량이 증대됨에 따라 I0부터 0까지의 사이에서 완만한 S자형을 그려 감소와 증가를 반복하는 단조 부분으로만 이루어져 전체적으로 정현파와 유사한 파형을 나타낸다.
B상 출력을 나타내는 곡선(111)의 출력값은 상대 이동 위치 0에서 최대 광량의 반에 대응하여 I0/2가 되고, 상대 이동량이 증대됨에 따라 A상 출력 곡선(110)과 이동 방향으로 p/2=wt/4만큼 어긋난 상태에서 A상 출력 곡선(110)과 같은 변화를 나타낸다.
따라서 곡선(110)과 곡선(111)은 출력값이 I+=0.875ㆍI0이 되는 점(A12) 및 I-=0.125ㆍI0이 되는 점(B12)에서 교차된다.
곡선(110)과 곡선(111)은 모두 출력값(I0/2)을 중심으로 한 단조 부분의 중 간부에서 상대 이동량과 출력값의 관계는 선형성이 양호하나, 출력값이 증대 또는 감소됨에 따라 서서히 선형성이 사라지고 출력값의 최대값 및 최소값 근방에서는 급격하게 선형성이 사라지는 변화를 나타낸다.
따라서 엔코더(3)를 사용하여 배열 피치(p) 이하의 위치 검출을 고정밀도로 수행하려면 출력값의 크기에 따라 A상 출력과 B상 출력을 바꾸어 사용하고 곡선(110)(111)의 선형성이 양호한 부분부터 위치 검출 정보를 취득하는 것이 바람직하다.
다음으로, 이와 같은 엔코더(3)의 사용방법의 일례에 대해서 설명하기로 한다.
도 7은, 본 발명의 제1 실시예에 관한 엔코더의 사용방법의 일례를 설명하기 위한 그래프이다. 도 8은, 본 발명의 제1 실시예에 관한 엔코더의 사용방법의 일례에서의 상대 이동 위치와 출력값의 대응 관계를 도시한 그래프이다.
본 방법은 A상 출력 및 B상 출력 사용 범위를 I+, I-로 제한한다.
예를 들면, 도 7에 도시한 바와 같이, A상 출력 및 B상 출력으로부터 각각의 진폭을 반전한 출력값을 취하면 각각 곡선(120)(121)을 얻을 수 있다. 여기에서 진폭을 반전한다는 것은, A상 출력 및 B상 출력의 출력값을 각각 IA, IB로 했을 때 IA'=I0-IA, IB'=I0-IB를 산출하는 것을 의미한다.
곡선(110),(111),(120),(121)은 출력값(I+)에 대응하여 점(A12),(A23),(A34),(A41)에서 교차되고, 출력값(I-)에 대응하여 각각 점(B34),(B41),(B12),(B23)에서 교차된다.
여기에서 Aij, Bij에서의 첨자 i,j는 교차되는 곡선을 의미하고 있으며 곡선(110),(111),(120),(121)에 각각 1,2,3,4를 대응시켰다. 예를 들면 점(A12)는 상대 이동 위치(wt/8)에서 곡선(110),(111)이 I+가 되는 출력값에서 교차되는 교차점이고, 점(B34)는 상대 이동 위치(wt/8)에서 곡선(120),(121)이 I-가 되는 출력값에서 교차되는 교차점이다. 또 점(B41)은 상대 이동 위치(3ㆍwt/8)에서 곡선(110),(121)이 I-가 되는 출력값에서 교차되는 교차점이다. 이들 인접한 교차점의 상대 이동량은 wt/4=p이다.
이들 교차점 중, 인접한 점(Aij)에서 점(Bmn)(여기에서 i,j,m,n은 1∼4까지의 정수) 사이는 출력값이 I+∼I-의 범위에 있기 때문에 선형성이 극히 양호한 단조 부분으로 되어 있다.
따라서, 예를 들면 출력값(I0)을 256단계에서 A/D 변환하면, 예를 들면 파형(A12B41)(다른 동일한 단조 부분도 마찬가지)은 192(=0.75ㆍ256)단계에서 wt/4=p의 상대 이동량을 거의 동일한 간격으로 분할하기 위해 사용할 수 있다.
따라서 엔코더(3)를 사용하면 wt/4=p 이하의 위치라 해도 고정밀도로 위치를 검출할 수 있다.
이와 같이 엔코더(3)는 MR소자와 마그넷 스케일로 이루어진 엔코더에 비해 저렴한 기구인 포토인터럽터(2)와 스케일 부재(1)의 조합에 의해 고정밀도로 위치를 검출할 수 있다.
또 필요한 위치 검출 분해능을 얻기 위해 수광 소자(2A)(2B)의 배열 피치(p)를 작게 할 필요가 없기 때문에, 범용적이면서 저렴한 포토인터럽터(2)를 채용할 수 있다. 또한 수광 소자(2A)(2B)의 수광면 면적의 저하에 의한 감도 저하도 없기 때문에, 고정밀도의 위치 검출이 가능하다.
[제2 실시예]
본 발명의 제2 실시예에 관한 엔코더에 대해서 설명하기로 한다.
도 9a는, 본 발명의 제2 실시예에 관한 엔코더의 개략적인 구성을 도시한 사시도이다. 도 9b는, 도 9a를 U 방향에서 보았을 때의 정면도이다. 도 10a와 도 10b는, 각각 본 발명의 제2 실시예에 사용하는 포토인터럽터의 광원부 및 수광부의 배치를 도시한 배치도이다. 도 11은, 도 9a의 V-V선을 따라 자른 단면도이다. 도 12는, 본 발명의 제2 실시예의 엔코더의 스케일 부재의 상대 이동 위치에 대한 수광 소자의 출력값의 일례를 도시한 그래프이다.
도 9a 및 도 9b에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 엔코더(13)는 상기 제1 실시예의 엔코더(3)와 같이, 예를 들면 비디오 카메라, DSC, 휴대전화 등에 탑재되는 촬상장치의 초점 조정 기구나 줌 이동 기구 등의 렌즈 기구에 적합하게 사용할 수 있는 광학식 리니어 엔코더이다.
엔코더(13)의 구성은, 상기 제1 실시예의 엔코더(3)의 포토인터럽터(2), 스케일 부재(1) 대신에 각각 포토인터럽터(12), 스케일 부재(11)를 구비한다.
이하에서는 상기 제1 실시예와 다른 점을 중심으로 설명하기로 한다.
포토인터럽터(12)는, 도 3에 도시한 바와 같이 상기 제1 실시예의 포토인터럽터(2)의 발광측 기판(2a), 수광측 기판(2b) 대신에 각각 발광측 기판(12a), 수광측 기판(12b)을 구비한다. 여기서, 수광측 기판(12b)은 수광부의 일례이다.
발광측 기판(12a)에는 상기 제1 실시예의 발광측 기판(2a)의 광원부(2C) 대신에 같은 위치에서 같은 구성을 구비하고, 다만 광투사 영역의 범위를 수광측 기판(12b)의 수광 소자(12A)(12B)의 배치 범위를 덮도록 바꾼 광원부(12C)가 설치되어 있다.
수광측 기판(12b)에는 홈 길이방향(L)의 중앙 및 홈 깊이방향(D)에서 관통홈(2d)의 개구 근처의 위치에서, 발광측 기판(12a)의 광원부(12C)에 의한 평행광이 조사되는 영역에 홈 길이방향(L)을 따라서 광원부(12C)로부터 나온 광을 수광하는 수광 소자(12A)(12B)가 설치되어 있다.
수광 소자(12A)는 수광량에 따른 전압 변화를 출력하기 위해 홈 길이방향(L) 방향의 폭이 x, 홈 깊이방향(D) 방향의 폭이 y인 직사각형 수광면을 갖는 포토 센서이다.
수광 소자(12B)는 수광량에 따른 전압 변화를 출력하기 위해 수광 소자(12A)와 마찬가지로 홈 길이방향(L) 방향의 폭이 x, 홈 깊이방향(D) 방향의 폭이 y인 직사각형 수광면을 갖는 포토 센서로 이루어진다.
도 10b 및 도 11에 도시된 바와 같이, 수광 소자(12A)(12B)의 각 수광면은, 각 수광면의 수광 중심(OA)(OB)이 홈 길이방향(L)을 따라서 피치(P)만큼 이격됨과 동시에, 홈 깊이방향(D)을 따라서 피치(d)만큼 이격되도록 배치되어 있다.
단, 피치(P),(d)는 수광면과의 크기 관계에서 다음의 수학식 6 및 수학식 7을 만족한다.
Figure 112009022842067-pat00006
Figure 112009022842067-pat00007
이로써 수광 소자(12A)(12B)의 각 수광면은 홈 길이방향(L)에는 (x-P)의 범위에서 수광면이 겹치는 영역을 가지면서 홈 깊이방향(D)으로는 수광면이 겹치지 않도록 엇갈리게 하여 병렬 배치되어 있다. 즉, 수광 소자(12A)(12B)의 수광 영역은 이동 방향(M)을 따라서 틈이 없는 상태로 배치되어 있다.
또한 홈 깊이방향(D)에서의 수광 소자(12A)(12B)의 위치 관계는 도 10(b)에서는 수광 소자(12B)가 도면의 위쪽에 그려져 있는데 이것과 반대의 위치 관계여도 좋다.
스케일 부재(11)는 도 9 및 도 11에 도시한 바와 같이, 일정 폭(ws/2)을 가지는 차광부(11a)가 이동 방향(M)을 따라서 소정의 폭(ws/2)의 간격으로 설치되되, 차광부(11a)는 렌즈 유닛(6)의 이동 가능 범위보다도 긴 범위에 걸쳐 설치되며, 그 형상은 머리빗처럼 보이는 차광판이다.
본 실시예의 스케일 부재(11)는 포토인터럽터(12)의 관통홈(2d)의 홈 안쪽에서 이동 방향(M)을 따라서 이동 가능하도록 로드 가이드 부재(4)의 측면에 고정되어 있다. 본 실시예에서는 일례로서 관통홈(2d)의 홈 폭방향(W)의 중심면 및 스케일 부재(11)의 각 차광부(11a)의 판두께 중심면이, 로드 가이드 부재(4)의 각 가이드공(4a)의 중심축을 포함도록 정렬하여 배치되어 있다.
이로써 스케일 부재(11)에서는 이동 방향(M)을 따라서 각 차광부(11a) 사이에 폭(ws/2)의 광투과부(11b)가 배열 피치(ws)로 형성되어 있다. 따라서 스케일 부재(11)는 광원부(12C)의 광축에 교차되는 이동 방향(M)을 따라서 상대 이동 가능하게 설치되고, 이동 방향(M)을 따라서 개구폭 및 차광폭이 동일한 슬릿 패턴으로 이루어진 주기적인 광투과부(11b)를 갖는 것으로 되어 있다.
스케일 부재(11)의 재질은 포토인터럽터(12)의 광원부(12C)에서 조사되는 광을 차광할 수 있는 적당한 재질을 채용할 수 있다.
본 실시예에서는 후술하는 바와 같이, 광투과부(11b)의 폭(ws/2)을 세분화한 단계에서 위치 검출할 수 있기 때문에 필요한 위치 검출 분해 능력에 비해 차광부(11a)의 폭을 크게 설정할 수 있다. 따라서 스케일 부재(11)는 수지 성형으로도 제작 가능하다.
본 실시예에서는 로드 가이드 부재(4)의 일부로서 동일 재질의 수지로 일체 성형함으로써 부품 수, 부품 비용을 절감하였다.
다음으로, 스케일 부재(11)의 상세의 형상, 배치에 대해서, 도 11을 사용하여 설명하기로 한다.
본 실시예의 스케일 부재(11)의 차광부(11a)는 로드 가이드 부재(4)의 측면에서 수광 소자(12A)(12B) 중 어떤 수광면도 커버할 수 있는 높이(H)까지 폭(ws/2)으로 연장된 직사각형 판이다. 따라서 스케일 부재(11)가 이동 방향(M)을 따라서 이동하면, 차광부(11a)의 측면(11c)(11d)이, 수광 소자(12A)(12B)의 각 수광면의 홈 깊이방향(D)에 따른 방향의 외형선과 평행한 상태에서 수광 소자(12A),(12B)에 겹쳐지도록 되어 있다. 또한, 이 경우, 차광부(11a)의 측면(11c)(11d)은, 홈 길이방향(L)에 따른 방향의 외형선과 직교하는 상태에서 수광 소자(12A)(12B)에 겹쳐지게 된다.
이로써 광원부(12C)에서 광이 조사되면 광투과부(11b)를 투과한 광이 수광 소자(12A)(12B)에 도달하여 각각의 수광량에 비례한 전압이 출력된다(이하, 각각을 A상 출력, B상 출력이라고 칭한다).
전술한 바와 같이, 스케일 부재(11)는 수광 소자(12A)(12B)의 홈 길이방향(L)을 따라서 연장되는 외형선에 직교한 상태에서 홈 깊이방향(D)으로 연장되는 외형선에 대해 평행하게 차광시키므로, 수광 소자(12A)(12B)에 균일한 조도 분포의 광이 조사되면 홈 길이방향(L) 방향에서의 광투과부(11b)의 겹치는 양에 비례하여 선형의 출력값을 얻을 수 있다. 따라서 스케일 부재(11)의 상대 이동량과 전압 출력값의 관계는 주기적인 사다리꼴형 또는 삼각파형의 파형으로 표현된다.
본 실시예에서는 차광부(11a)의 배열 피치(ws)가 다음의 수학식 8을 만족하도록 설정한다. 이로써 이들 파형은 수광 소자의 배열 피치(P)만큼 어긋나게 된다.
Figure 112009022842067-pat00008
본 실시예의 엔코더(13)에서의 A상 출력, B상 출력의 상대 이동 위치와 출력값의 관계의 일례에 대해서 도 12에 도시한다.
본 예는 x=1.47ㆍP, y=0.817ㆍP, ws=4ㆍP인 경우에, 스케일 부재(11)를 수광 소자(12A)상에 광투과부(11b)의 측면(11c)이 수광 소자(12A) 및 수광 소자(12B)와 반대쪽 단면에 위치한 상태에서, 이동 방향(M)에 따라 수광 소자(12A)에서 수광 소자(12B)를 향하는 방향(도 11의 화살표(M1)방향)으로 거리(ws)만큼 이동시켰을 때의 것이다.
A상 출력의 출력값은 라인선(130)으로 도시한 바와 같이 상대 이동 위치(0)에서 최대 광량에 대응하여 J0이 되고, 상대 이동량이 증대됨으로써 J0에서 0까지 사이에서 상대 이동량에 비례하여 감소되고, 수광 소자(12A)의 수광면이 차광부(11a)에 겹쳐지는 상대 이동 위치에서 0이 되고 측면(11d)쪽에서 광투과부(11b)에 겹쳐짐에 따라 상대 이동량에 비례하여 0에서 J0까지 증대된다. 따라서 라인선(130)은 주기적인 사다리꼴 파형의 파형을 가진다.
B상 출력의 출력값은 라인선(131)에 도시한 바와 같이 상대 이동 위치(0)에 서 수광면이 광투과부(11b)에 겹쳐지는 면적에 따라 약 0.32ㆍJ0이 되고, 상대 이동량이 증대함에 따라 라인선(130)과 이동 방향으로 p/2=ws/4만큼 어긋난 상태에서 동일한 변화를 나타낸다.
본 예에서는 라인선(130),(131)은 출력값이 J-(=0.16ㆍJ0)가 되는 점(D21)과, 출력값이 J+(=0.84ㆍJ0)가 되는 점(C21)에서 교차되어 있다. 즉, 상기 수학식 6을 만족하고 있기 때문에 파형의 평탄 부분이 겹쳐지지 않는다.
본 실시예에서는 차광부(11a)의 측면(11c)(11d)은 수광 소자(12A)(12B)의 이동 방향(M)에 따른 방향의 외형선과 직교하기 때문에, 스케일 부재(11)가 홈 깊이방향(D)으로 상대 이동하더라도 수광면이 홈 깊이방향(D)에서 차광부(11a)의 바깥쪽으로 비어져 나오지 않는 한 상대 이동량과 A상 출력, B상 출력의 관계는 변화되지 않는다. 따라서 스케일 부재(11)가 어느 정도 홈 깊이방향(D)으로 상대 이동하는 경우에도 위치 검출 정밀도에는 영향을 주지 않는다.
또 마찬가지로 차광부(11a)의 높이(H) 및 피치(P)를 적절히 설정해두면 수광 소자(12A)(12B)의 수광면의 홈 깊이방향(D)의 폭(y)의 크기는 자유롭게 설정할 수 있다. 따라서 폭(x)의 제약에 의해 수광 면적이 부족한 경우에는 폭(y)을 넓힘으로써 보완할 수 있다.
다음으로 엔코더(13)의 사용방법의 일례에 대해서 설명하기로 한다. 상기 제1 실시예와 다른 점을 중심으로 설명한다.
도 13은, 본 발명의 제2 실시예에 관한 엔코더의 사용방법의 일례를 설명하 기 위한 그래프이다.
본 예에서는 라인선(130),(131)은 출력값(0)에서 J0 사이에서 단조 부분이 선형이 되기 때문에 A상 출력, B상 출력은 각각의 단조 부분을 어떻게 조합하더라도 상대 이동량을 같은 간격으로 분할하기 위해 출력값을 사용할 수 있다.
일례로서는 상기 제1 실시예와 동일한 사용방법을 들 수 있다.
도 13에 도시한 바와 같이, A상 출력 및 B상 출력으로부터 각각의 진폭을 반전한 출력값을 취하면, 각각 라인선(140)(141)을 얻을 수 있다. 여기에서 진폭을 반전한다는 것은, A상 출력 및 B상 출력의 출력값을 각각 JA, JB로 했을 때 JA'=J0-JA, JB'=J0-JB를 산출하는 것을 의미한다.
라인선(130),(131),(140),(141)은 출력값(J+)에 대응하고 점(C14),(C43),(C32),(C21)에서 출력값(J-)에 대응하여 각각 점(D32),(D21),(D14),(D43)에서 교차된다.
여기에서 Cij, Dij에서의 첨자 i,j는 교차되는 라인선을 의미하고 있으며 라인선(130),(131),(140),(141)에 각각 1,2,3,4를 대응시켰다. 이들 인접한 교차점에 대응하는 상대 이동 거리는 ws/4=P로서, 수광 소자(12A),(12B)의 중심(OA),(OB)간의 거리에 대응한다.
이들 교차점 중 인접한 점(Cij)에서 Dmn(여기에서 i,j,m,n은 1∼4까지의 정수) 사이는 수광 소자(12A)(12B)의 각 수광면의 홈 길이방향(L)에서의 중간 부분에 서 검출한 출력값이다. 따라서 수광 소자(12A)(12B)의 수광 감도의 분산이나 제작 오차나 수광측 기판(12b)에서의 산란광 등의 영향으로 오차가 발생하기 쉬운 수광면의 단부에서의 출력값은 아니므로, 이들 수광면 단부에 비해 보다 양호하고 안정된 선형성을 가진 단조 부분으로 되어 있다.
따라서, 예를 들면 출력값(J0)을 256단계에서 A/D변환하면, 예를 들면 파형(C14D21)(다른 동일한 단조 부분도 동일)은 174(=0.68ㆍ256)단계에서 ws/4=P의 상대 이동량을 같은 간격으로 분할하기 위해 사용할 수 있다.
따라서 엔코더(13)를 사용하면 ws/4=P 이하의 위치라 해도 고정밀도로 위치를 검출할 수 있다.
이와 같이 엔코더(13)에 의하면, MR소자와 마그넷 스케일로 이루어진 엔코더에 비해 저렴한 기구인 포토인터럽터(12)와 스케일 부재(11)의 조합에 의해 고정밀도로 위치를 검출할 수 있다.
또 필요한 위치 검출 분해 능력을 얻기 위해 수광 소자(12A)(12B)의 배열 피치(P)를 작게 하지 않아도 된다. 또 수광 소자(12A)(12B)의 수광면의 위치를 홈 깊이방향(D) 방향으로 엇갈리게 병렬 배치하기 때문에 배열 피치(P)가 제1 실시예의 포토인터럽터(2)의 배열 피치(p)와 동일한 경우 수광면의 면적을 보다 크게 취할 수 있기 때문에 수광 면적의 저하에 의한 감도 저하가 줄어든다. 따라서 보다 고정밀도의 위치 검출이 가능하다.
다음으로 제2 실시예의 경우에서 스케일 부재(11)의 치수와 수광 소 자(12A)(12B)의 위치 관계를 바꾼 제1 및 제2 변형예의 엔코더(13)에서의 A상 출력, B상 출력의 상대 이동 위치와 출력값의 관계에 대해서 간단히 설명하기로 한다.
도 14는, 본 발명의 제2 실시예의 수광부와 스케일 부재의 치수 관계의 제1 변형예를 설명하기 위한 도 9a의 V-V선을 따라 자른 단면도이다. 도 15는, 본 발명의 제2 실시예의 제1 변형예의 엔코더의 스케일 부재의 상대 이동 위치에 대한 수광 소자의 출력값의 예를 도시한 그래프이다. 도 16은, 본 발명의 제2 실시예의 제1 변형예의 엔코더의 사용방법의 일례를 도시한 그래프이다.
또한, 도 17은, 본 발명의 제2 실시예의 수광부와 스케일 부재의 치수 관계의 제2 변형예를 설명하기 위한 도 9a의 V-V선을 따라 자른 단면도이다. 도 18은, 본 발명의 제2 실시예의 제2 변형예의 엔코더의 스케일 부재의 상대 이동 위치에 대한 수광 소자의 출력값의 예를 도시한 그래프이다. 도 19는, 본 발명의 제2 실시예의 제2 변형예의 엔코더의 사용방법의 일례를 도시한 그래프이다.
본 실시예의 제1 변형예는 도 14에 도시한 바와 같이 스케일 부재(11)의 치수와 수광 소자(12A)(12B)의 위치 관계를 x=P, ws=4ㆍP로 한 경우의 예이다. 즉, 본 변형예는 수광 소자(12A)(12B)의 수광 영역이 이동 방향(M)을 따라서 겹쳐지지는 않지만 틈도 없는 상태가 되도록 홈 깊이방향(D) 방향으로 병렬 배치되어 있다.
이 경우, 도 15에 도시한 바와 같이 A상 출력을 나타내는 라인선(130), B상 출력을 나타내는 라인선(131)은 상기 제2 실시예와 같이 사다리꼴 파형이지만, 출 력값(0) 및 J0에서만 교차되는 관계이다. 즉, J-=0, J+=J0이다. 따라서 상기와 동일한 엔코더(13)의 사용방법의 예로서는, 도 16에 라인선(150)으로 도시한 바와 같이, 출력값이 0에서 J0까지인 모든 단조 부분을 사용한다.
본 실시예의 제2 변형예는, 도 17에 도시한 바와 같이 스케일 부재(11)의 치수와 수광 소자(12A)(12B)의 위치 관계를 x=2ㆍP, ws=4ㆍP로 한 경우의 예이다.
이 경우, 도 18에 도시한 바와 같이 A상 출력을 나타내는 라인선(130), B상 출력을 나타내는 라인선(131)은 이등변 삼각형상의 삼각파가 되어 출력값이 J+=0.75ㆍJ0, J-=0.25ㆍJ0에서 교차된다. 따라서 이 경우에도 상기 제2 실시예와 마찬가지로 도 18에 라인선(150)으로 도시한 바와 같이 출력값이 J-에서 J+까지인 단조 부분을 사용할 수 있다.
본 변형예는 A상 출력, B상 출력이 사다리꼴파가 아니고 삼각파라고 해도 마찬가지로 위치를 검출할 수 있다는 예가 된다.
아울러 상기 설명에서는 엔코더의 광원부는 평행광을 투사한다고 설명하였으나, 일정한 폭이 되는 광속을 스케일 부재가 가로지르도록 스케일 부재, 광원부, 수광부의 위치 관계를 설정한다면, 비평행광을 투사하는 광원부를 채용해도 좋다.
또 상기 제2 실시예의 설명에서는 엔코더(13)는 여러 개의 차광부(11a)를 동일 피치로 배치한 빗 형상의 구성으로 하였으나 스케일 부재의 슬릿 패턴은 여기에 한정되지 않는다.
예를 들면, 상기 제1 실시예의 스케일 부재(1)의 단면(1a)의 패인 곳을 『ㄷ』자형 홈으로 바꾸어 로드 가이드 부재(4)쪽에 연속된 판부를 가진 1부품으로 형성해도 좋다.
또한, 1장의 차광판의 여러 개의 직사각형 개구를 동일 피치로 형성해도 좋다.
또한, 스케일 부재의 광투과부는 관통공에 한정되지 않으며, 예를 들면 유리판으로 광투과부를 형성하고 차광부에 대응하는 영역에 차광막을 형성한 스케일 부재로 해도 좋다.
또 상기 설명에서는 엔코더의 스케일 부재를 이동 방향을 따라서 전체적으로 직선상에 형성 또는 배열한 경우의 예로 설명하였으나, 이동 방향이 곡률 반경이 큰 원호를 따르는 경우에도 동일하게 적용할 수 있다. 따라서 직선상의 위치 검출에 한정되지 않으며 원호상의 위치 검출에도 사용할 수 있다.
이 경우, 스케일 부재의 광투과부의 개구폭 및 배치 피치는 원호의 둘레 방향에 따른 등각도 폭 및 등각도 피치로 하기로 한다.
또 상기 설명에서는 서로 대향 배치된 광원부 및 수광부를 구비한 포토인터럽터가 고정되고 스케일 부재가 이동하는 경우를 설명했으나, 역으로 스케일 부재가 고정되고 서로 대향 배치된 광원부 및 수광부가 상대 이동을 하는 구성을 취할 수도 있다.
또 상기 설명에서는 렌즈 이동 기구에 사용하는 경우의 예로 설명했으나, 이것은 일례로서 본 발명의 엔코더는, 예를 들면 리니어 액추에이터 등에도 적합하게 사용할 수 있다.
또 본 명세서에 설명된 모든 구성 요소는 본 발명의 기술적 사상의 범위에서 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
도 1a는 본 발명의 제1 실시예에 관한 엔코더의 개략 구성을 도시한 사시도이다.
도 1b는, 도 1a를 X 방향에서 본 정면도이다.
도 2는, 본 발명의 제1 실시예에 관한 엔코더에 적용되는 포토인터럽터의 개략적인 사시도이다.
도 3a와 도 3b는, 각각 본 발명의 제1 실시예에 사용되는 포토인터럽터의 광원부 및 수광부의 배치를 도시한 배치도이다.
도 4는, 도 1a의 Y-Y선을 따라 자른 단면도이다.
도 5a 및 도 5b는, 스케일 부재의 이동 위치와 수광 소자의 출력값의 관계를 설명하기 위한 원리 설명도 및 그 관계의 그래프이다.
도 6은, 본 발명의 제1 실시예의 엔코더의 스케일 부재의 상대 이동 위치에 대한 수광 소자의 출력값의 일례를 도시한 그래프이다.
도 7은, 본 발명의 제1 실시예에 관한 엔코더의 사용방법의 일례를 설명하기 위한 그래프이다.
도 8은, 본 발명의 제1 실시예에 관한 엔코더의 사용방법의 일례에서의 상대 이동 위치와 출력값의 대응 관계를 도시한 그래프이다.
도 9a는, 본 발명의 제2 실시예에 관한 엔코더의 개략적인 구성을 도시한 사시도이다.
도 9b는, 도 9a를 U 방향에서 보았을 때의 정면도이다.
도 10a와 도 10b는, 각각 본 발명의 제2 실시예에 사용하는 포토인터럽터의 광원부 및 수광부의 배치를 도시한 배치도이다.
도 11은, 도 9a의 V-V선을 따라 자른 단면도이다.
도 12는, 본 발명의 제2 실시예의 엔코더의 스케일 부재의 상대 이동 위치에 대한 수광 소자의 출력값의 일례를 도시한 그래프이다.
도 13은, 본 발명의 제2 실시예에 관한 엔코더의 사용방법의 일례를 설명하기 위한 그래프이다.
도 14는, 본 발명의 제2 실시예의 수광부와 스케일 부재의 치수 관계의 제1 변형예를 설명하기 위한 도 9a의 V-V선을 따라 자른 단면도이다.
도 15는, 본 발명의 제2 실시예의 제1 변형예의 엔코더의 스케일 부재의 상대 이동 위치에 대한 수광 소자의 출력값의 예를 도시한 그래프이다.
도 16은, 본 발명의 제2 실시예의 제1 변형예의 엔코더의 사용방법의 일례를 도시한 그래프이다.
도 17은, 본 발명의 제2 실시예의 수광부와 스케일 부재의 치수 관계의 제2 변형예를 설명하기 위한 도 9a의 V-V선을 따라 자른 단면도이다.
도 18은, 본 발명의 제2 실시예의 제2 변형예의 엔코더의 스케일 부재의 상대 이동 위치에 대한 수광 소자의 출력값의 예를 도시한 그래프이다.
도 19는, 본 발명의 제2 실시예의 제2 변형예의 엔코더의 사용방법의 일례를 도시한 그래프이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1, 11: 스케일 부재 2, 12: 포토인터럽터
2A, 2B, 12A, 12B: 수광 소자 2C, 12C: 광원부
2a, 12a: 발광측 기판 2b, 12b: 수광측 기판
2d: 관통홈 3, 13: 엔코더
4: 가이드 부재 5: 렌즈 지지부
8a, 8b:가이드 로드

Claims (2)

  1. 광원부;
    상기 광원부의 광축에 교차되는 이동 방향을 따라서 상대 이동 가능하게 설치되고 상기 이동 방향을 따라서 모든 진폭이 피치에서 산모양으로 변화되는 차광부와, 그 사이에 형성되는 광투과부를 가진 스케일 부재; 및
    상기 광원부에 대향하는 위치에 직사각형의 수광 영역을 가진 2개의 수광 소자들을 구비한 수광부;를 포함하며,
    상기 수광 소자들의 각각의 수광 중심은, 상기 차광부의 산모양 진폭의 중심선상에 상기 이동 방향을 따라서 어긋나게 배치되는 엔코더.
  2. 광원부;
    상기 광원부의 광축에 교차되는 이동 방향을 따라서 상대 이동 가능하게 설치되고 상기 이동 방향을 따라서 모든 진폭(h)이 피치(wt)에서 산모양으로 변화되는 차광부와, 그 사이에 형성되는 광투과부를 가진 스케일 부재; 및
    상기 광원부에 대향하는 위치에, 상기 이동 방향에 따른 폭이 a, 상기 이동 방향에 직교하는 폭이 b가 되는 직사각형의 수광 영역을 가진 2개의 수광 소자들을 구비한 수광부;를 포함하며,
    상기 수광 소자들의 각각의 수광 중심은, 상기 차광부의 산모양 진폭의 중심선상에 상기 이동 방향을 따라서 배열 피치(p)(단, p>a)만큼 어긋나게 배치되며,
    상기 차광부의 진폭(h), 피치(wt), 상기 각 수광 소자의 폭(a)(b), 배열 피치(p) 사이에 다음의 수학식 9 및 수학식 10을 만족하는 엔코더.
    Figure 112009022842067-pat00009
    Figure 112009022842067-pat00010
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6512639B2 (ja) * 2017-02-10 2019-05-15 信得 曾 光学走査式導光エンコーダ
EP4012355A1 (de) * 2020-12-14 2022-06-15 Hilti Aktiengesellschaft Vorrichtung und verfahren zum ermitteln einer referenzkurve für die drehlage eines rotationsbauteils

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000283791A (ja) 1999-03-30 2000-10-13 Teac Corp 信号生成方法及び装置
JP2001183177A (ja) * 1999-12-22 2001-07-06 Rohm Co Ltd 光学式エンコーダ
KR200250420Y1 (ko) 2001-07-05 2001-11-16 김경근 엔코더
JP2003524783A (ja) 2000-02-15 2003-08-19 レオポルト・コスタール・ゲゼルシヤフト・ミト・ベシユレンクテル・ハフツング・ウント・コンパニー・コマンデイトゲゼルシヤフト 光電子式の変位または角度測定装置のためのコード円板

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004226180A (ja) * 2003-01-22 2004-08-12 Howa Mach Ltd 位置検出装置及び電動アクチュエータ

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000283791A (ja) 1999-03-30 2000-10-13 Teac Corp 信号生成方法及び装置
JP2001183177A (ja) * 1999-12-22 2001-07-06 Rohm Co Ltd 光学式エンコーダ
JP2003524783A (ja) 2000-02-15 2003-08-19 レオポルト・コスタール・ゲゼルシヤフト・ミト・ベシユレンクテル・ハフツング・ウント・コンパニー・コマンデイトゲゼルシヤフト 光電子式の変位または角度測定装置のためのコード円板
KR200250420Y1 (ko) 2001-07-05 2001-11-16 김경근 엔코더

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